2023-10-19 07:00

咖啡因对人体短时间增量循环运动直至精疲力竭的免疫和抗炎反应的影响:一项初步研究

摘要

运动对免疫功能的影响有充分的证据,其积极和消极的后遗症取决于强度、体积和持续时间。运动的免疫抑制作用部分是由细胞因子、儿茶酚胺和营养的复杂相互作用介导的。据报道,咖啡因可以调节免疫功能;然而,与短暂的穷尽运动的相互作用并没有很好地表征。据推测,咖啡因会上调细胞因子对剧烈运动的反应。七名男学生自愿参加了一项随机双盲交叉研究,他们在骑车锻炼前1小时摄入咖啡因(6毫克/公斤)或麦芽糊精安慰剂(6毫克/公斤)。运动方案从100 W开始,每两分钟增加50 W,直到精疲力竭。在运动前、运动后和运动后1小时采集血清样本,分析IL-4、IL-10和TGF-β1。咖啡因摄入增加了疲劳时间(P = 0.005;效应量[ES] = 1.33), IL-4 (P = 0.004;Es = 2.34), il-10 (p = 0.047;ES = 0.41±0.57),TGF-β1 (P = 0.013;es = 0.76)。细胞因子的强化反应可能具有重要的影响,因为它们具有强大的抗炎和免疫调节特性。具体来说,6毫克/公斤的咖啡因剂量不仅改善了运动表现,而且细胞因子数据表明炎症反应上调,增强了运动的抗炎作用。

介绍

运动是一种免疫调节刺激,可调节先天免疫系统和适应性免疫系统的急性和慢性运动。值得注意的是,适度运动与改善免疫功能[22]有关,而高强度的训练和耐力比赛可能会对感染[22]的风险产生负面影响。长期运动与上呼吸道症状[7]的风险增加和唾液免疫球蛋白A (IgA)分泌减少有关,这被解释为急性免疫抑制[25]。

激烈的运动,如摔跤[21],阻力运动[23],或骑自行车[20]也可以对免疫细胞的表达和数量产生重大影响。尽管许多运动员采用极化训练模式,并投入大量时间进行高强度训练[31,35],但很少有研究关注高强度或穷尽训练模式的免疫抑制作用。高强度运动对免疫功能的影响被认为是由于儿茶酚胺和应激激素的释放,而儿茶酚胺和应激激素已知具有有效的免疫抑制作用。

对抗运动引起的免疫功能波动负面后遗症的营养辅助包括碳水化合物、乳清蛋白、维生素和咖啡因补充[11,24]。虽然咖啡因确实显示出抗氧化特性,但它也以剂量依赖的方式提高运动后的皮质醇。因此,可能直接通过腺苷受体拮抗,或间接通过增强儿茶酚胺和/或皮质醇释放产生免疫抑制作用[9,16]。据报道,咖啡因剂量为6 mg kg - 1时,自然杀手的活性也会直接增加。目前,咖啡因与高强度运动之间的相互作用,包括增加运动直到免疫功能衰竭,还没有很好的表征。在这里,我们验证了在短时间的增量运动中,咖啡因会上调抗炎和免疫调节细胞因子(IL-4、IL-10和TGF-β1)的释放,直到精疲力竭。

方法与材料

健康男体育学生7名(年龄22.1±0.6;高度:1.83±0.08 m;体重:72.8±13.0 kg)自愿参加这项随机、双盲交叉研究,试验之间至少间隔7天。唯一的纳入标准是参与者没有受伤或任何进行详尽运动的禁忌症。所有的参与者都报告说他们是低咖啡因消费者,每天的饮食摄入量小于60毫克。在签署知情同意书并在48小时内避免剧烈运动和所有形式的咖啡因摄入后,每个参与者都在自行车计力器上完成了一项详尽的运动方案。运动方案的初始工作量设定为100 W,强度每两分钟增加50 W,直到参与者意志衰竭或无法维持60 rpm的蹬车节奏。每次锻炼前60分钟,参与者被随机分配摄入咖啡因(6毫克/公斤)或麦芽糖糊精安慰剂(6毫克/公斤),这些安慰剂装在难以区分的明胶胶囊中,通过简单的随机分配,使用计算机软件程序生成随机序列。在运动前、运动后和运动后1小时采集血样,按照制造商的说明(Immunoready, Kampenhout, Belgium)分析血清中IL-4、IL-10和TGF-β1的水平,并以pg/mL报告。静置静脉血标本在合适的真空容器中采集。在采集血液30分钟内,通过离心(15分钟,1000 g, 4°C)获得血浆,所有样品保存在- 80°C,直到进行测量。库尔德斯坦大学审查委员会根据最新版本的《赫尔辛基宣言》批准了实验议定书。

在有咖啡因和没有咖啡因的情况下,每项测量的平均值的变化被用来通过将变化除以适当的参与者之间的标准差来评估影响的大小。在条件之间进行两两比较,并根据每个变量的个体变化阈值超过最小有价值影响的可能性来解释差异。对激素数据进行对数变换,以减少误差的不均匀性,通过反向变换得出的效应为百分比变化。标准化效应的阈值分别为0.2、0.6和1.2,分别表示小、中、大,[15]。在- 0.19和0.19之间的标准化效应被称为微不足道。为了对效应的大样本值进行推断,效应的不确定性表示为90%的置信限。如果置信区间与小的正面和负面影响的阈值重叠,则认为影响不明确;否则,效果被认为是明确和实质性的。显著性水平为P < 0.05。

结果

摄入咖啡因使疲劳时间延长14.1%±6.1% (P = 0.005;效应量[ES] = 1.33;图1;平均值±SD)。具体来说,咖啡因摄入使疲劳时间从413±25.5秒缩短到472±41.4秒。运动时IL-4增加,咖啡因摄入后增加22.3%±10.5% (P = 0.004;es = 2.34)。停止运动1小时后,咖啡因干预组和安慰剂干预组IL-4浓度存在显著差异(P = 0.027;10.1%±7.1%;es = 1.11;图2 a)。运动后观察到IL-10的大幅增加,咖啡因摄入后再次增加10%±15.1% (P = 0.047;es = 0.41)。在运动停止一小时后,咖啡因干预与安慰剂干预之间IL-10浓度的显著差异持续存在(13.9%±13.3%;es = 0.81;图2 b)。咖啡因组运动后TGF-β1升高幅度更大(16.9%±16.7%;p = 0.013;es = 0.76);而TGF-β1在运动后和运动后1 h时间点的浓度差异无显著性。其中,运动诱导的TGF-β1从525±174 pg/mL增加到556±198 pg/mL;而咖啡因组则从485±38 pg/mL增加到600±89 pg/mL。

图1
figure 1

时间到疲惫。实线表示平均响应;虚线表示单个数据

图2
figure 2

运动诱导的细胞因子反应。il - 4;B il - 10;*与对照组有显著差异

讨论

在这里,我们提供的数据表明,咖啡因既能提高急性运动表现,又能通过放大细胞因子IL-4和IL-10的反应来调节免疫。这种调节可能具有重要的影响,因为这些细胞因子具有有效的抗炎和免疫调节特性,并且可以增强唾液免疫球蛋白A的产生[32,36]。因此,咖啡因可以增强高强度运动对慢性炎症相关疾病的保护作用。

在当前的研究中观察到的到耗尽时间性能的大幅改善与其他研究一致,证明了循环性能的改善。咖啡因对运动表现影响的机制可能与感知运动强度的降低、运动神经元激活阈值的降低和/或无氧代谢对能量贡献的增强有关[3,8,33]。目前的研究结果证实了之前的研究结果,即咖啡因可以对渐进的、持续到精疲力竭的锻炼方案产生积极影响。

IL-4是一种典型的Th-2 (T淋巴细胞辅助细胞,表达细胞表面分子CD4)型细胞因子,已被标记为“原型免疫调节细胞因子”[32]。虽然体外研究报道甲基黄嘌呤(如咖啡因)抑制Th-2免疫反应[28],但体内研究表明,在运动结合6 mg/kg咖啡因摄入[4]后,淋巴细胞计数和CD4+细胞活化增加。这些对比结果表明,对运动的免疫反应是一个复杂网络的一部分,在一系列相互作用的调节和反馈机制的控制下,在体外环境中不易重现。IL-4的增强反应是由我们的增量运动引起的,直到精疲力竭的方案与先前的工作一致,证明了增强的抗炎生理环境。考虑到强化反应的巨大程度,我们相信有理由假设咖啡因可能对整体抗炎反应有重大影响。

与IL-4类似,IL-10由Th-2细胞产生,是一种有效的抗炎剂,参与唾液免疫bb0中主要免疫球蛋白IgA的产生。IL-10是感染[5]期间的“关键免疫调节剂”,运动后IgA水平下降与耐力跑者[5]的上呼吸道感染有关。虽然在免疫挑战时需要适当的促炎反应,但由IL-10协调的正反馈回路允许感染的解决。值得注意的是,诺斯霍夫和他的同事将急性运动引起的免疫反应与感染引起的免疫反应进行了比较。在之前的一项运动研究中,评估了咖啡因和IL-10之间的相互作用,在使用与我们的方案相同的剂量、持续约68分钟的跑步15公里后,观察到与我们的数据一致的强化反应。这些作者早先提出,摄入咖啡因后IL-10的高反应是通过抑制camp -磷酸二酯酶[38]介导的。虽然很小,但在咖啡因条件下IL-10反应的明显扩增再次表明抗炎反应增强。

TGF-β是一种具有免疫抑制作用的多效细胞因子,与IL-10协同工作,这两种细胞因子的产生和功能可能是相互依存的[18,30]。由此产生的活性确保控制炎症反应,抑制t细胞介导的免疫病理[19]。由于在目前的详尽方案中,咖啡因强化了IL-10对运动的反应,因此在TGF-β1中观察到类似的升高过程并不奇怪,如果时间稍短一些。值得注意的是,这种强化反应与在体外工作中观察到的结果形成了对比[14,37]。

在这里,我们提出了新的数据,解决了咖啡因和增量循环运动之间的相互作用,直到免疫功能的特定方面的疲惫。我们承认,必须区分急性和慢性细胞因子反应,并且必须考虑细胞因子的“上下文依赖性”[b]。虽然我们没有直接评估摄入后咖啡因或儿茶酚胺的水平,但我们确实使用了与之前研究相同的剂量,引起了这些指标的增加;尽管在较长的[4,38]和较短的[13,17]运动方案中。此外,其他生物标志物,如免疫球蛋白A,将有助于深入了解免疫反应。我们还注意到,生物活性咖啡因代谢物副黄嘌呤、可可碱和茶碱对观察到的结果的相对贡献在目前的工作中尚未阐明。同样值得承认的是,没有哪项运动或竞赛的结果是由时间决定的;因此,对本文所采用的运动方案的生理反应仅反映了短暂的增量运动直到精疲力竭。反应的巨大差异也值得注意,之前的研究已经确定了个体对咖啡因摄入量的反应。无论如何,6 mg/kg的咖啡因剂量方案改善了运动表现,细胞因子数据表明,早前提出的运动可以增强抗炎特性。


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